现代工业飞速发展,在给人类生活带来极大便利的同时,也给自然环境造成巨大破坏。土壤重金属污染是影响最为严重的问题之一,其中镉(Cd)因具有污染周期长、毒性高、难降解等特点而备受关注。因此,寻找有效的土壤重金属污染修复技术迫在眉睫。其中氮素管理是一项频繁的农艺措施,先前已有研究表明镉胁迫下,植物的硝酸盐含量显著减少以及缺硝处理可显著减少植物镉的积累量,然而关于镉胁迫下植物是如何改变体内硝酸盐含量的生理生化过程仍不清楚,对于硝酸盐减少在植物镉积累中所发挥的作用也需要在试验中加以验证。本文采用营养液培养法,发现镉胁迫条件下,野生型拟南芥根部硝酸盐含量明显下降。同时,镉处理也抑制了根系的硝酸盐吸收速率、硝酸还原酶活性和硝酸盐从根部向地上部的运输,表明根系硝酸盐吸收抑制才是导致拟南芥根部硝酸盐含量下降的原因。此外,转录组测序表明镉处理也显著抑制NRT1.1的表达,而对其它负责硝酸盐吸收的转运体基因的表达影响不显著或反而上升,暗示抑制NRT1.1活性可能是镉导致根系硝酸盐吸收能力减弱的原因。用pNRT1.1::NRT1.1-GUS转基因拟南芥的根部来进行组织化学GUS染色,结果表明Cd处理条件下,NRT1.1-GUS蛋白活性明显下降。对野生型WT(即Col-0)、 chl1.5硝酸盐吸收速率分析发现,镉处理下这两种基因型植物之间的硝酸盐吸收速率差异不明显,这就从遗传学角度证明NRT1.1活性的抑制是镉导致根系硝酸盐吸收能力减弱的关键原因。对WT、 chl1.5和nrtl.1-1三种基因型植物进一步研究发现,镉处理下,与WT相比,chll.5和nrt1.1-1突变体Cd浓度下降,耐性增强,同时Fe、Ca、K含量也下降。组织化学GUS染色发现在1h不含硝情况下,NRT1.1蛋白活性正常,分析Cd吸收速率发现不含硝情况下,chl1.5和nrt1.1-1突变体的Cd吸收速率与WT相当。长期无硝条件下处理,WT和chll.5根部Cd含量没有差异,表明NRT1.1调控Cd吸收依赖于NO3-吸收的存在。分析与二价金属离子转运体相关基因的表达发现与WT相比,chll.5中这些基因的表达并没有明显下降。N-Cd间歇(在处理营养液中,N与镉不共吸收,但与其它金属元素共吸收)处理下测定WT、chll.5和nrtl.1-1突变体中Cd含量相当,而Fe、Ca、K含量仍为WT高于chl1.5和nrtl.1-1突变体,表明NRT1.1调控Cd吸收是通过离子平衡过程实现的。硝酸还原酶在植物体内的硝酸盐含量的变化中起着重要作用。Cd可以激活促分裂原活化蛋白激酶MPK6的活性,MPK6通过NIA2的磷酸化提高了硝酸还原酶NR活性。因此,我们推测MPK6在调控Cd耐性方面起着重要作用。我们采用mpk6-2突变体来探究MPK6在调控Cd耐性方面的作用机制。研究结果表明Cd处理后,mpk6-2突变体的镉耐性强于野生型WT,并且NO含量也低于野生型WT,但Cd含量在WT和mpk6-2之间并没有差异,说明WT和mpk6-2镉耐性的差异并不是由NO调控的Cd吸收引起的。氧化胁迫所引发的活性氧的产生是有毒金属吸收通常的一个后续反应。我们发现Cd处理后,WT根部的H2O2含量比mpk6-2增加的更为明显；WT膜脂过氧化程度和细胞完整性的损失都比mpk6-2更为严重,这说明了MPK6的突变有助于缓解拟南芥中Cd诱导的ROS及其产生的氧化胁迫。此外,通过叶面上喷施抗氧化剂AsA,发现Cd处理后WT和mpk6-2之间的镉耐性差异显著减弱。这些结果表明,ROS的含量以及其产生的氧化胁迫可能是WT和mpk6-2镉耐性差异的原因。